在设计过程中集成铸造模拟技术

摘要

从CAD到寿命预测的CAE技术是汽车铸件设计过程的基本支持手段,尤其是发动机零件。本文指出,随着不同CAE工具间集成程度的提高,明显缩短开发时间,降低成本与风险。CAE技术在易损结构设计、应对不断增强的疲劳寿命要求等方面的作用显而易见。但是,随着设计的越来越复杂。由于使用了错误的模拟结果,在疲劳试验或实际使用中出故障的风险增加了。在结构设计中,假使缺乏考虑制造过程影响,这个风险就更大了。本文阐明了,铸件中的残余应力以及内部力学性能的非均匀性等特性,均可以通过铸造工艺的模拟发现,然后集成到铸件结构设计的CAE工具中去。本文模拟了福特V6铸铁发动机缸体的铸造过程。在凝固过程及随后的冷却中形成金相的详细分布。在此基础上,力学性能如杨氏模量的分布也模拟计算出来,然后传给有限元分析。同样,通过铸件的“温度经历”,残余应力的分布也模拟出来,从铸造模拟使用的结构化网格转换到有限元网格中去,用以计算在缸体加工过程中的应力重新分布。